X射线衍射理论与实践(1)

绪 言 1
0.1　X射线衍射是材料结构表征的重要手段　 1
0.2　X射线衍射技术的应用与发展　 3
0.3　教学内容与教学方法　 7

第1章 X射线的产生和性质 9
1.1　X射线的本质　 9
1.2　X射线的产生　 10
1.2.1　X射线管　 10
1.2.2　同步辐射光源　 13
1.3　X射线谱　 14
1.3.1　连续X射线谱　 14
1.3.2　标识X射线谱　 15
1.4　X射线与物质的相互作用　 18
1.4.1　X射线的散射　 19
1.4.2　X射线的吸收　 20
1.4.3　X射线的衰减规律　 22
1.4.4　滤波片和实验波长的选择　 24
1.4.5　X射线的折射　 25
1.5　X射线的探测与防护　 26
1.5.1　X射线的探测　 26
1.5.2　X射线的防护　 27
练习　 27
　　　　　　　　
第2章 晶体学基础 29
2.1　晶体结构　 29
2.2　晶体结构的点阵空间　 30
2.2.1　点阵　 30
2.2.2　点阵类型　 32
2.3　空间点阵与晶体结构的对应关系　 37
2.4　晶面与晶向指数　 38
2.4.1　晶面指数　 39
2.4.2　晶向指数　 40
2.4.3　六方晶系的晶面指数和晶向指数　 40
2.4.4　晶面间距　 41
2.5　晶体对称性　 42
2.5.1　晶体对称的基本概念　 42
2.5.2　宏观对称变换　 42
2.5.3　点群　 44
2.5.4　微观对称变换　 45
2.5.5　空间群的概念　 47
2.5.6　劳厄群　 48
2.6　倒易点阵　 48
2.6.1　倒易点阵的定义　 49
2.6.2　倒易矢量的基本性质　 52
2.6.3　晶面间距的计算公式　 54
2.6.4　晶面夹角的计算公式　 55
2.6.5　倒易点阵与正点阵的指数变换　 56
2.7　晶带　 57
2.8　晶体投影　 59
2.8.1　球面投影　 59
2.8.2　极射赤面投影和吴里夫网　 61
2.8.3　晶带的极射赤面投影　 64
2.8.4　单晶标准投影图　 65
练习　 67

第3章 X射线衍射几何 69
3.1　劳厄方程　 69
3.1.1　一维原子列的衍射　 69
3.1.2　二维原子列的衍射　 71
3.1.3　三维原子列的衍射　 71
3.1.4　劳厄方程的讨论　 72
3.2　布拉格定律　 72
3.2.1　布拉格方程的推导　 72
3.2.2　布拉格方程的讨论　 74
3.3　衍射矢量方程和厄瓦尔德图解　 77
3.3.1　衍射矢量方程　 77
3.3.2　衍射方向三种表示方法之间的联系　 78
3.3.3　衍射矢量方程的图解法　 78
3.4　X射线衍射方法　 80
3.4.1　X射线衍射方法的发展历程　 80
3.4.2　单晶衍射方法　 80
3.4.3　粉末法　 84
练习　 86

第4章 X射线衍射强度 88
4.1　一个电子对X射线的散射　 88
4.2　一个原子对X射线的散射　 90
4.2.1　原子散射因子　 90
4.2.2　原子散射因子的校正　 92
4.3　单胞对X射线的散射　 92
4.3.1　结构因子　 92
4.3.2　结构因子与系统消光　 94
4.4　结构因子与倒易阵点权重　 98
4.5　一个小晶体对X射线的散射　 100
4.5.1　干涉函数　 100
4.5.2　选择反射区　 102
4.5.3　小晶体的衍射积分强度　 104
4.6　粉末多晶体衍射的积分强度　 106
4.6.1　多重因子　 106
4.6.2　角因子　 108
4.6.3　温度因子　 108
4.6.4　吸收因子　 110
4.6.5　消光效应　 112
练习　 113

第5章 X射线衍射仪和数据采集方法 115
5.1　X射线衍射仪的基本组成　 115
5.2　测角仪的工作原理　 116
5.3　滤波方法　 119
5.4　辐射探测器　 121
5.5　计数测量中的主要电路　 125
5.6　数据采集参数的选择　 126
5.6.1　扫描方法　 126
5.6.2　扫描方式　 127
5.7　X射线衍射仪的操作　 128
5.7.1　衍射仪的启动与关机　 128
5.7.2　仪器参数设置程序　 129
5.7.3　测量参数设置　 129
5.8　样品的制备方法　 131
5.8.1　块体样品的制备　 131
5.8.2　粉末样品的制备　 132
5.8.3　粉末样品的固定　 132
5.8.4　试样制备注意事项　 134
练习　 136

第6章 数据的基本处理方法 138
6.1　X射线粉末衍射谱　 138
6.2　Jade软件简介　 140
6.3　Jade的用户界面　 140
6.4　程序设置　 145
6.5　读入数据文件　 148
6.6　建立PDF数据库检索文件　 150
6.7　基本数据处理方法　 151
6.7.1　数据平滑处理　 152
6.7.2　背景处理　 153
6.7.3　峰顶法定峰　 154
6.7.4　图谱拟合　 155
6.8　打印预览　 159
练习　 161

第7章 物相定性分析 162
7.1　物相的含义　 162
7.2　物相定性分析原理　 163
7.3　ICDD PDF卡片　 164
7.4　物相分析方法　 166
7.5　物相定性分析的实验方法　 168
7.6　物相定性分析的应用　 175
7.7　物相定性分析的特点　 180
7.8　PDF 数据库的检索　 181
练习　 183

第8章 物相定量方法 184
8.1　质量分数与衍射强度的关系　 184
8.2　外标法　 185
8.3　内标法　 186
8.4　标准添加法　 188
8.5　残余奥氏体定量方法　 190
8.6　RIR法　 192
8.7　加内标的RIR法　 199
8.8　定量方法的评价　 201
练习　 202

第9章 结晶度计算方法 204
9.1　结晶度的概念　 204
9.2　结晶度计算方法　 204
9.3　结晶度计算的应用　 206
9.4　其他结晶度计算方法　 213
练习　 218

第10章 指标化与晶胞参数精修 219
10.1　晶胞参数测量原理与误差来源　 219
10.1.1　晶胞参数测量原理　 219
10.1.2　误差来源　 220
10.2　误差消除方法　 222
10.2.1　图解外推法　 222
10.2.2　*小二乘法　 223
10.3　晶胞参数精修的应用　 225
10.3.1　内标法　 225
10.3.2　外标法　 227
10.3.3　无标样法　 230
10.3.4　方法选择与评价　 231
10.4　指标化　 232
10.4.1　指标化基本原理　 232
10.4.2　指标化软件　 234
10.4.3　指标化结果正确性判据　 235
10.4.4　指标化方法的应用　 236
练习　 238

第11章 微结构分析 239
11.1　衍射峰的宽度　 239
11.1.1　衍射峰宽度的组成　 239
11.1.2　仪器宽度　 240
11.1.3　晶粒细化引起的宽度　 240
11.1.4　晶格畸变引起的宽化　 242
11.2　衍射峰宽度的卷积关系　 243
11.2.1　衍射线形的卷积关系　 243
11.2.2　积分宽度的卷积关系　 244
11.3　微结构求解的傅里叶变换法　 245
11.3.1　物理宽化的傅里叶变换法求解　 245
11.3.2　微结构的傅里叶求解　 247
11.4　微结构求解的近似函数法　 252
11.4.1　衍射峰的形状函数　 252
11.4.2　近似函数法计算物理宽度　 253
11.4.3　近似函数方法求晶粒尺寸与微观应变　 254
11.5　微结构分析的应用　 256
11.5.1　测量仪器半高宽　 256
11.5.2　计算晶粒尺寸与微观应变　 257
11.5.3　拟合结果分析　 260
练习　 262

练习参考答案 263

附录 289
附录1　常用基本物理常数　 289
附录2　元素的物理性质　 290
附录3　K系标识谱线的波长、吸收限和激发电压　 291
附录4　立方晶系晶面(或晶向)间的夹角　 294
附录5　元素的质量衰减系数　 297
附录6　原子散射因子　 299
附录7　洛伦兹偏振因子（1+cos22θ）/（sinθ+cosθ） 304
附录8　德拜-瓦洛温度因子　 306
附录9　吸收因子　 307

参考文献 311